固体推进剂多靶线准动态燃烧性能测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种固体推进剂多靶线准动态燃烧性能测试系统，包括燃烧室及配气单元，测控单元和数据采集处理单元，所述的燃烧室及配气单元包括燃烧室、恒温槽、高压氮气瓶、缓冲氮气瓶、相关阀门管路、氮气增压泵和用以固定被测样品的多靶线药架，多靶线药架一端在燃烧室内有点火线接线柱、地线接线柱和6～10个靶线接线柱；数据采集处理单元用于测控单元各功能块的调度与控制，以及测试数据的分析处理和数据管理。本测试系统可以阶段性的反映固体推进剂燃速随压强变化而变化的情况，属于动态燃速测试范畴，而现有的靶线法和水下声发射法测试的是单一恒压条件下的静态燃速，因此本测试系统测得的结论更接近固体推进剂在固体火箭发动机中燃烧时的实际情况。

Quasi dynamic combustion performance test system for multi target line of solid propellant

The invention discloses a solid propellant combustion multi target line quasi dynamic performance test system, including the combustion chamber and the gas distribution unit, control unit and data processing unit, the combustion chamber and the gas distribution unit comprises a combustion chamber, thermostat, high-pressure nitrogen cylinder buffer, nitrogen cylinder, related valve pipeline, nitrogen booster the pump and is used for fixing the sample multi target line medicine frame, multi target line medicine frame end in the combustion chamber with wire terminals, ground terminal and 6 to 10 target terminal; data acquisition and processing unit for scheduling and control unit of each function block and control, and test data analysis and data management. This test system can reflect the stage of solid propellant burning rate varies with the variation of pressure, belongs to the dynamic burning rate test category, while the existing target line method and underwater acoustic emission testing is the burning rate of static single under constant pressure conditions, the actual situation so the measured closer solid propellant combustion in solid rocket motor at.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固体推进剂准动态燃烧性能测试系统。
技术介绍
固体推进剂的燃烧速度是指单位时间内沿固体推进剂表面的法线方向上固相消 失的距离，简称固体推进剂的燃速。它决定着固体推进剂能量的释放速度，也是计算固体推 进剂其它燃烧性能(燃速压强指数、燃速温度敏感系数、侵蚀比等)的核心参量。无论燃烧时 压强、初温、气流速度等影响因素的变化，最终都将反映在燃速的变化上。此外，它还直接影 响火箭发动机的弹道性能、飞行速度和工作稳定性等。因此，固体推进剂的燃速是武器所要 求的重要性能参数之一，研究燃速及燃速受影响因素的变化规律，可以为固体火箭发动机 和装药设计者提供重要的设计参数。在固体推进剂生产的过程中，由于每一批次原材料在物理、化学性质上可能存在 细微的差异，这将导致同种配方不同批次的产品在性能上产生不小的差异，从而影响到固 体火箭发动机的正常使用，因此需要对每个批次的固体推进剂进行燃烧性能的检验。目前 常用的固体推进剂燃速测试方法只能对单一压强、温度的样品进行燃速测试，在测试燃速 压强指数和燃速温度敏感系数时需要重复十几次甚至几十次的操作，测试周期较长，所以 需要一种简单、高效、快捷的固体推进剂燃烧性能测试方法，以缩短固体推进剂的生产周 期。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够方便、快捷地测出固体推进剂的准动态燃速、燃速 压强指数和高温条件下的燃速温度敏感系数的多靶线准动态燃烧性能测试系统，以克服现 有系统存在周期较长的主要不足。本专利技术实现过程如下固体推进剂多靶线准动态燃烧性能测试系统，包括燃烧室及配气单元，测控单元和数 据采集处理单元，所述的燃烧室及配气单元包括燃烧室、恒温槽、高压氮气瓶、缓冲氮气瓶、 相关阀门管路、氮气增压泵和用以固定被测样品的多靶线药架，多靶线药架一端在燃烧室 内有点火线接线柱、地线接线柱和6 10个靶线接线柱；所述的测控单元包括点火电路， 多靶线识别电路，多通道同步数据采集卡，温度传感器、压强传感器，数据采集卡具有多路 高速数据采集功能和多路开关量输入输出功能；测控单元控制燃烧室的初始温度和压强， 点火操作，探测燃烧室的温度、压强，接收多靶线识别电路信号进行放大、A/D转换、通信，实 施数据采集、处理、计算测试结果并进行存储；所述的数据采集处理单元用于测控单元各功 能块的调度与控制，以及测试数据的分析处理和数据管理；对温度和压强的控制采用模糊 PID控制技术，对信号的检测采用相关检测算法。所述的燃烧室及配气单元用于提供固体推进剂试样燃烧的场所以及测试时所需 要的初始压强和初始温度环境，燃烧室有进气排气孔、应急排气孔和压强温度传感器安装3孔，恒温槽用来保持燃烧室温度，缓冲氮气瓶和高压氮气瓶用来给燃烧室提供初始压强，氮 气增压泵用来给缓冲氮气瓶和高压氮气瓶增压。所述的数据采集处理单元用于实现对系统实时测控和数据分析处理，包括系统模 块、控制模块、测量模块、数据处理模块和数据管理模块；所述的系统模块进行初始测试参 数和测试数据采集参数的设定；所述的控制模块进行压强控制、温度控制和点火控制操作； 所述的测量模块用于固体推进剂多靶线准动态燃烧性能的测试，进行压强采样、温度采样、 采样波形显示、波形曲线绘制和数据保存；所述的数据处理模块进行测试数据有效性判别、 准动态燃速计算、压强指数计算、燃速温度敏感系数和打印报告单；所述的数据管理模块进 行数据存储、数据检索和检测结果导出操作。多靶线测试单元中复杂条件下多靶线识别电路采用断点之间空间介质的非线性 电阻大小进行靶线通断识别。本专利技术相比现有的测试方法，具有下述优点1、本测试系统可以阶段性的反映固体推进剂燃速随压强变化而变化的情况，属于动态 燃速测试范畴，而现有的靶线法和水下声发射法测试的是单一恒压条件下的静态燃速，因 此本测试系统测得的结论更接近固体推进剂在固体火箭发动机中燃烧时的实际情况。2、本测试系统可以方便、快捷地测出固体推进剂的燃速压强指数。由于本方法在 一次燃烧过程中可以测试多个压强下的燃速值，所以在理论上实现了通过一次测试得出多 个压强下的燃速压力指数的目的。原有的测试方法每一次测试时只能进行单个压强点的燃 速测试，测燃速压强指数时必须对每一个压强点进行单点燃速测试，需要十几次甚至几十 次的重复操作。因此使用本方法进行燃速和燃速压强指数测试时可以缩短固体推进剂的研 制生产周期，降低成本。3、本测试系统是以现有的固体推进剂靶线法燃速测试系统为基础，通过对测试单 元进行改进后得出，在实际操作中易于实现。附图说明图1系统结构示意图2数据采集处理单元主要功能模块示意图； 图3数据采集处理单元工作流程简图。上图中，高压氮气瓶氮气缓冲瓶高压气阀缓冲气阀排 气阀进水阀排水阀燃烧室温度控制装置压力传感器 燃烧室顶盖温度传感器多靶线药架多靶线识别电路阀门控制 驱动电路点火电路控制柜信号放大器1/0控制卡多通 道同步数据采集卡工控机打印机恒温槽。具体实施例方式依据固体推进剂准动态燃烧性能测试方法的特点设计本套系统，由燃烧室及配气 单元，测控单元和数据采集处理单元三大部分组成(图1 )。燃烧室及配气单元为固体推进剂 试样燃烧提供所需的测试环境；测控单元用于控制燃烧室的初始温度和压强，点火操作，探 测燃烧室的温度、压强以及固体推进剂的实时燃烧参数，接收多靶线测控电路信号进行放大、A/D转换、通信，实施数据采集、处理、计算测试结果并存储。数据采集处理单元用于完 成系统控制、数据处理和人机交互。图1是本系统的结构示意图。高压氮气瓶通过高压进气阀与燃烧室 的进/排气孔连接，用于给燃烧室和氮气缓冲瓶加压，高压进气阀为电磁气动 阀。氮气缓冲瓶通过缓冲气阀与燃烧室的进/排气孔连接，在测试时缓冲气 阀打开，使氮气缓冲瓶与燃烧室相通，使燃烧室压强保持稳定。缓冲阀为 电磁气动阀，受阀门控制信号控制用于连通氮气缓冲瓶与燃烧室，并给燃烧室和缓冲气瓶 充气加压。排气阀通过管道与燃烧室进气口连接。温度控制系统受阀门控制信号 控制将水加热(冷却)到设定的温度，其出水口通过进水阀与燃烧室底部的进/ 排水口连接，进水阀是电磁阀，受控于阀门控制驱动信号。压强传感器安装在进/ 排气口与燃烧室连接的管道上，压强传感器测得燃烧室的压强，并将压强信号送 给数据采集卡。温度传感器安装在燃烧室内，它测得燃烧室的温度，并将温 度信号送给数据采集卡。多靶线药架和复杂条件下多靶线识别电路用于靶 线通断探测，并将测得的靶线断开信号送至信号放大器进行放大。信号放大器 的输出端通过电缆与计算机内的数据采集卡接口连接，数据采集卡对压强信号、 温度信号和各靶线断开信号采样并将采样数据传送给工控机，由PC端软件进行数据 处理。控制柜和工控机构成了本专利技术的控制系统，控制柜内装有阀门控制 驱动电路和点火电路，工控机主板的PCI插槽上装有I/O控制卡和数 据采集卡。燃烧室顶盖的铜电极通过电缆与控制柜点火电路连接。I/O控 制卡通过电缆与控制柜连接用于控制阀门控制驱动电路和点火电路。 工控机运行数据采集处理单元，并连接有打印机。控制柜的面板上安装有 指示灯和手动按钮，便于观察系统状态和应急操作。燃烧室及配气单元是该系统的机械系统，包括燃烧室、恒温槽、高压氮气瓶、缓冲 氮气瓶以及相关的阀门管路、氮气增压泵、多靶线本文档来自技高网...

【技术保护点】
固体推进剂多靶线准动态燃烧性能测试系统，包括燃烧室及配气单元，测控单元和数据采集处理单元，其特征在于：所述的燃烧室及配气单元包括燃烧室、恒温槽、高压氮气瓶、缓冲氮气瓶、相关阀门管路、氮气增压泵和用以固定被测样品的多靶线药架，多靶线药架一端在燃烧室内有点火线接线柱、地线接线柱和６～１０个靶线接线柱；所述的测控单元包括点火电路，多靶线识别电路，多通道同步数据采集卡，温度传感器、压强传感器；测控单元控制燃烧室的初始温度和压强，点火操作，探测燃烧室的温度、压强，接收多靶线识别电路信号进行放大、Ａ／Ｄ转换、通信，实施数据采集、处理、计算测试结果并进行存储；所述的数据采集处理单元用于测控单元各功能块的调度与控制，以及测试数据的分析处理和数据管理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘科祥，赵凤起，樊学忠，裴庆，郝海霞，仪建华，蔡德芳，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：87